(57)【要約】【課題】防爆仕様への対応が容易で、メンテナンス性が良好、かつ二軸押出機にも実質的に適用可能な加熱ブロック、さらには、押出機の温度調整に際して熱応答特性の良好な温度調整装置、および可塑化樹脂製造方法を提供する。【解決手段】本発明の加熱ブロックは、内部にスクリュを収納し、樹脂原料を混練・可塑化する押出機のシリンダを構成する複数のシリンダブロックを加熱する加熱ブロックにおいて、外部から供給された熱媒が流れる略直線状の複数の熱媒通路５と、各熱媒通路５を連通させる集合配管６とが形成され、各シリンダブロック２の外周面に取り付け可能である。【選択図】図２
2006181903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にスクリュを収納し、樹脂原料を混練・可塑化する押出機のシリンダを構成する複数のシリンダブロックを加熱する加熱ブロックにおいて、
外部から供給された熱媒が流れる略直線状の複数の熱媒通路（５）と、前記各熱媒通路（５）を連通させる集合配管（６）とが形成され、前記各シリンダブロック（２）の外周面に取り付け可能であることを特徴とする加熱ブロック。
【請求項２】
内部にスクリュを収納し、樹脂原料を混練・可塑化する押出機のシリンダの温度を調整する温度調整装置において、
互いに接続されることで前記シリンダを構成し、前記スクリュ（３）を収納するスクリュ収納部（２０）の周囲に形成された、外部から供給された冷媒が流れる冷媒通路（９）が形成されたシリンダブロック（２）と、
外部から供給された熱媒が流れる略直線状に形成された複数の熱媒通路（５）と、前記各熱媒通路（５）を連通させる集合配管（６）とが形成され、前記各シリンダブロック（２）の外周面に取り付けられた複数の加熱ブロックと、
前記各シリンダブロック（２）に取り付けられた前記各加熱ブロック（４）への熱媒の供給量を制御する熱媒流量調整用バルブ（１１）と、
前記各シリンダブロック（２）毎の前記冷媒通路（９）への冷媒の供給量を個別に制御する冷媒流量調整用バルブ（１３）とを有することを特徴とする温度調整装置。
【請求項３】
一の前記加熱ブロック（４）の前記熱媒通路（５）と他の前記加熱ブロック（４）の前記熱媒通路（５）とを連通させる加熱ブロック接続配管（８）を有する、請求項２に記載の温度調整装置。
【請求項４】
前記押出機が二軸押出機（１）である、請求項２または３に記載の温度調整装置。
【請求項５】
内部にスクリュを収納し、樹脂原料を混練・可塑化する工程を含む押出機による可塑化樹脂製造方法において、
外部から供給された熱媒が流れる略直線状の複数の熱媒通路（５）と、前記各熱媒通路（５）を連通させる集合配管（６）とが形成された加熱ブロック（４）を前記各シリンダブロック（２）の外周面に取り付ける工程と、
前記各シリンダブロック（２）に取り付けられた前記各加熱ブロック（４）への熱媒の供給量を熱媒流量調整用バルブ（１１）によって制御する工程と、
互いに接続されることで前記シリンダを構成し、前記スクリュ（３）を収納するスクリュ収納部（２０）の周囲に形成された冷媒が流れる冷媒通路（９）が形成された複数のシリンダブロック（２）毎の前記冷媒通路（９）への冷媒の供給量を冷媒流量調整用バルブ（１３）によって個別に制御する工程とを含むことを特徴とする可塑化樹脂製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂材料を可塑化または混練押出しする押出機のシリンダを加熱する加熱ブロック、温度調整装置および可塑化樹脂製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックの成形装置として、フィルムやシート、あるいはペレットを製造するために押出機及び混練機が多く使用されており、また、このペレットを原料として金型にて種々のプラスチック成形品を成形する二次加工として射出成形機が多く用いられている。
【０００３】
これらの装置における樹脂の溶融、混練に外部から加熱し樹脂を溶融温度以上に加熱する必要があり、これにバンドヒータやプレートヒータ及びカートリッジヒータ等の電熱式の電気ヒータが用いられるのが一般的である。
【０００４】
しかし、溶融樹脂へ混合する充填剤、添加剤等からの分解性ガスにより爆発の危険性がある場合、電気ヒータは使用できず熱媒加熱方式が採用されていた。また、熱電式のヒータはワット密度に限界があることや、立ち上げ時間を要することなどで、特に大型の押出機においては、熱媒方式による加熱が用いられるようになってきた。
【０００５】
特許文献１には、図１及び図３に示されているようにシリンダ内筒にスパイラル溝を加工して、この溝に沿ったパイプを螺旋状に巻き回して加工し、これをシリンダのゾーン毎に配設し、このパイプを組み込んだ内筒に円筒状の外筒に差し込んで固定し、このパイプに水、油等の熱媒体を流すことによりシリンダを加熱、冷却してゾーン毎に独立した温度制御ができる構成が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献２によれば、特許文献１と同様の熱媒、冷媒共用パイプをシリンダ内筒部に巻きつけた後、鋳鉄を外筒部に注湯して鋳ぐるむ工法が開示されている。
【特許文献１】特開平５―０５７７６８号公報
【特許文献２】特開平１１―１９８２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したいずれの技術も、熱媒、冷媒用流体を流すパイプを内筒と外筒間に配設する構成であり、胴に沿ったパイプの曲げ加工の困難さや、鋳ぐるみによる鋳鉄品の鋳込み過程での品質が不安定であり、さらに、伝熱効率も鋳鉄とパイプとの密着性によりバラツキが生じる可能性があった。また、上述したような構成では、熱媒の洩れ箇所の修理や清掃も困難を伴う場合があった。
【０００８】
さらに、上記構成が採用されるケースとしては、樹脂と添加剤、充填剤等の加熱混合時に発生する分解ガスによる爆発の危険性があり、防爆仕様とすることが必要で熱電式の電気ヒータが使用できないケースに限られ使用される場合が殆どであった。そして、シリンダに、特許文献１の図３に示されるような、スパイラルパイプを埋める溝加工が必要で通常のシリンダ加工工程とは異なった特殊な生産形態を余儀なくされていた。
【０００９】
しかも、上記従来技術は、加熱も冷却もシリンダの外周に巻かれたスパイラルパイプを共用して行う構成であるため、熱媒から冷却水への切り換え時の応答時間が必要となり、一定の設定値を保持することが困難でオーバーシュート、アンダーシュートが必然的に大きく熱応答特性が良好とはいえなかった。また、構造的にもスパイラルパイプは管内の清掃が行き届きにくく、管内壁部への油、及び、湯あかの付着による冷却効率の低下する場合があった。
【００１０】
なお、上記従来技術はシリンダ内、外筒にパイプを埋設して、その中に熱媒を流す方法は述べられているが、特許文献１では円筒形状のものしか示されておらず、２つの円弧が連通した断面形状のスクリュ収納部を有する二軸押出機に適用した例は示されていない。もっとも、特許文献２では二軸押出機に適用した例が図２に示されているが、高混練、高押出量を要求される二軸押出機には形状的にも曲げ半径からして上記スパイラルパイプは適用が困難な形態であった。
【００１１】
そこで、本発明は、防爆仕様への対応が容易で、メンテナンス性が良好、かつ二軸押出機にも実質的に適用可能な加熱ブロックを提供することを目的とする。さらには、押出機の温度調整に際して熱応答特性の良好な温度調整装置、および可塑化樹脂製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するためになされた本発明の加熱ブロックは内部にスクリュを収納し、樹脂原料を混練・可塑化する押出機のシリンダを構成する複数のシリンダブロックを加熱する加熱ブロックにおいて、外部から供給された熱媒が流れる略直線状の複数の熱媒通路と、各熱媒通路を連通させる集合配管とが形成され、各シリンダブロックの外周面に取り付け可能であることを特徴とする。
【００１３】
上記構成の本発明の加熱ブロックは、シリンダブロックの外周面に取り付け可能であることより、２つの円弧が連通した断面形状のスクリュ収納部を有する二軸押出機であっても、スクリュ収納部の形状に影響されることなく、二軸押出機に適用することができる。さらには、熱電式の加熱プレートヒータに代えて本発明の加熱ブロックを取り付けることで本体との取り付け関係が変わることなく、防爆仕様とすることができる。また、本発明の加熱ブロックは、各シリンダブロックに取り付け可能である、すなわち、シリンダブロック毎に取り付け可能であるため、シリンダブロック毎に加熱することができる。
【００１４】
また、熱媒通路の形状が略直線状であることより、その加工が容易であるだけでなく管内の清掃も容易である。このため、管内壁部への油や湯あかの付着を防止でき、加熱効率の低下を防止することができる。
【００１５】
本発明の温度調整装置は、内部にスクリュを収納し、樹脂原料を混練・可塑化する押出機のシリンダの温度を調整する温度調整装置において、互いに接続されることでシリンダを構成し、スクリュを収納するスクリュ収納部の周囲に形成された、外部から供給された冷媒が流れる冷媒通路が形成されたシリンダブロックと、外部から供給された熱媒が流れる略直線状に形成された複数の熱媒通路と、各熱媒通路を連通させる集合配管とが形成され、各シリンダブロックの外周面に取り付けられた複数の加熱ブロックと、各シリンダブロックに取り付けられた各加熱ブロックへの熱媒の供給量を制御する熱媒流量調整用バルブと、各シリンダブロック毎の冷媒通路への冷媒の供給量を個別に制御する冷媒流量調整用バルブとを有する。
【００１６】
上記構成の通り、本発明の温度調整装置は、熱媒通路とは独立して冷媒通路を有する。このため、熱媒および冷媒が流れる配管を共用する構成の場合必要であった熱媒から冷媒への切り換え時の応答時間は不要であり、熱応答特性を良好なものとすることができる。また、冷媒流量調整用バルブにより各シリンダブロック毎の冷媒通路への冷媒の供給量を個別に制御可能である。これにより、各シリンダブロック毎での温度制御、すなわち、供給・輸送ゾーン、溶融・混練ゾーン、押出ゾーンにおける温度制御が可能となる。
【００１７】
また、本発明の温度調整装置は、一の加熱ブロックの熱媒通路と他の加熱ブロックの熱媒通路とを連通させる加熱ブロック接続配管を有するものであってもよい。
【００１８】
また、本発明の温度調整装置は、二軸押出機に適用するものであってもよい。
【００１９】
本発明の可塑化樹脂製造方法は、内部にスクリュを収納し、樹脂原料を混練・可塑化する工程を含む押出機による可塑化樹脂製造方法において、外部から供給された熱媒が流れる略直線状の複数の熱媒通路と、各熱媒通路を連通させる集合配管とが形成された加熱ブロックを各シリンダブロックの外周面に取り付ける工程と、各シリンダブロックに取り付けられた各加熱ブロックへの熱媒の供給量を熱媒流量調整用バルブによって制御する工程と、互いに接続されることでシリンダを構成し、スクリュを収納するスクリュ収納部の周囲に形成された冷媒が流れる冷媒通路が形成された複数のシリンダブロック毎の冷媒通路への冷媒の供給量を冷媒流量調整用バルブによって個別に制御する工程とを含む。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、防爆仕様への対応が容易で、熱応答特性およびメンテナンス性が良好、かつ二軸押出機にも実質的に適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態を図１〜４を用いて説明する。
【００２２】
図１は本発明の温度調整装置が適用可能な二軸押出機の一例の全体外形図である。図２は、図１中Ａ−Ａ線におけるシリンダブロックの横断面図であり、また、図３は図１中Ｂ−Ｂ線におけるシリンダブロックの縦断面図である。なお、以下、二軸押出機を例に説明するが押出機は単軸押出機であっても良いし、射出成形機であっても同等な効果が得られる。また、図２中添字ａ〜ｄは矩形断面を有するシリンダブロック２の各面に対応させたものである。
【００２３】
二軸押出機１は複数のシリンダブロック２をフランジ、タイバー等により接続してなるシリンダ内にスクリュ３が組み込んだ構成となっている。
【００２４】
図２に示すように、シリンダブロック２は２本のスクリュ３（図１では１本のみ図示しており、図２および図３では省略している）を収納可能なように、２つの円弧が連通した断面形状のスクリュ収納部２０が形成されている。２本のスクリュ３は、互いに噛合うように収納されており、不図示の駆動機にて同方向に回転駆動がなされる。スクリュ３は二軸押出機１の上流側より供給・輸送ゾーン、溶融・混練ゾーン、押出ゾーンからなり、各目的によりゾーン毎にスクリュ構成が異なる。
【００２５】
また、シリンダブロック２は、その内部にスクリュ収納部２０を取り囲むようにして複数の冷媒通路９が直線状に形成されている。この冷媒通路９はスクリュ３の軸方向に沿って直線状に形成されており、加工が容易であるだけでなく内部の清掃も容易である。各冷媒通路９はシリンダブロック２の端面近傍まで延び、これら複数の冷媒通路が１本に集約され外部配管と接続される。
【００２６】
シリンダブロック２の外周面には加熱ブロック４ａ〜４ｄが取り付け固定されている。シリンダブロック２の外周面に電気ヒータプレートをボルトによって取り付け可能な構成である場合、加熱ブロック４は、電気ヒータプレートと共通位置のボルトで固定されるものであってもよい。従来の電気ヒータプレートを用いた仕様の押出機は、溶融樹脂中への添加剤、充填剤等の混合により熱分解により発生したガスが引火性ガスでなければ問題なく使用することができる。しかしながら、原材料となる樹脂、あるいは充填剤や化学的発泡剤等の添加剤が溶融時に熱分解して発生した分解ガスが引火性である場合、上述したように防爆仕様とする必要がある。このような場合、加熱ブロック４を電気ヒータプレートと共通位置のボルトで固定可能な構成としておくことで、現在、使用している押出機を防爆仕様に容易に変更することができる。
【００２７】
冷媒通路９への冷却水の供給は、外部の冷媒供給装置１２（図４参照）から冷媒流量調整用バルブ１３（図４参照）を介してなされる。
【００２８】
加熱ブロック４は、その内部に、シリンダブロック２の壁面に平行な方向に複数の熱媒通路５が並列して形成されている。熱媒通路５も冷媒通路９と同様に、スクリュ３の軸方向に沿った直線形状であるので、加工が容易であるとともに内部の清掃も容易である。これら各熱媒通路５同士は集合配管６にて連通している。また、集合配管６は、加熱ブロック４の端部で加熱ブロック接続配管８に接続可能となっている。加熱ブロック接続配管８は、近隣の加熱ブロック４の熱媒通路５同士を連通させるための熱媒の通路である。また、加熱ブロック４ａと、この加熱ブロック４ａに対面する位置に取り付けられた加熱ブロック４ｂとの中央部分には外部接続配管７ａ、７ｂがそれぞれ接続されている。加熱ブロック４内への熱媒の供給は外部接続配管７ａを介してなされ、排出は外部接続配管７ｂよりなされる。
【００２９】
以下に熱媒の流れについて説明する。
【００３０】
なお、熱媒は油、蒸気（スチーム）が好適であるが、加圧水蒸気がより好ましい。熱媒に加圧水蒸気を用いることにより、粘度が高い樹脂を溶融混練する場合、あるいは高回転仕様やスクリュ径の大きい大容量の混練機、押出機等、熱エネルギーを多く必要とする場合においても加熱容量が確保できる。
【００３１】
加圧蒸気は外部の熱媒供給装置１０（図４参照）から外部接続配管７ａへと供給される。熱媒供給装置１０と外部接続配管７ａとの間の配管には加圧蒸気の流量を調整するための熱媒流量調整用バルブ１１（図４参照）が設けられている。この熱媒流量調整用バルブ１１の開度を調整することで加熱ブロック４ａの温度が設定温度近傍に保たれるようになっている。
【００３２】
熱媒供給装置１０から外部接続配管７ａへと供給された熱媒は加熱ブロック４ａの熱媒通路５へと供給される。熱媒は集合配管６によって隣接する熱媒通路５へと分岐し、加熱ブロック４ａの両端部に取り付けられた加熱ブロック接続配管８ａ、８ｂへと流入する。
【００３３】
加熱ブロック接続配管８ａに流入した熱媒は加熱ブロック４ｂの熱媒通路５ｂおよび集合配管６ｂ内を流れて加熱ブロック接続配管８ｄへと流れ込み、さらに加熱ブロック４ｄの熱媒通路５ｄおよび集合配管６ｄ内を流れる。同様に、加熱ブロック接続配管８ｂに流入した熱媒は加熱ブロック４ｃの熱媒通路５ｃおよび集合配管６ｃ内を流れて加熱ブロック接続配管８ｃへと流れ込み、さらに加熱ブロック４ｄの熱媒通路５ｄおよび集合配管６ｄ内を流れる。
【００３４】
加熱ブロック接続配管８ｃ、８ｄからそれぞれ流入した熱媒は加熱ブロック４ｄの中央部分に取り付けられた外部接続配管７ｂで合流して外部へと排出される。
【００３５】
以上にような経路をたどって流れる熱媒はシリンダブロック２の外周面をほぼ均等に加熱する。熱はシリンダブロック２の内壁部（スクリュ収納部２０の壁面）へと伝わり、回転するスクリュ３によりに下流側へと混練・押出されている樹脂を加熱する。なお、配管の流路は一例でありシリンダブロック２の全域を均等に加熱する構成であれば、流路は本実施形態の構成に限定するものではない。
【００３６】
熱媒の各通路５〜８は、冷媒通路９と共用されるものではなく独立に形成されているので、熱媒および冷媒が流れる配管を共用する構成の場合必要であった熱媒から冷媒への切り換え時の応答時間は不要であり、熱応答特性を良好なものとすることができる。また、本実施形態の温度調整装置は、加熱および冷却が独立して制御可能な構成となっている。
【００３７】
フランジ、タイバー等によって接続されている各シリンダブロック２間においても各通路は独立している。すなわち、各シリンダブロック２毎に温度制御が可能であるため、供給・輸送ゾーン、溶融・混練ゾーン、押出ゾーンの各ゾーン毎の温度制御が可能な構成となっている。なお、本実施形態では、後述するように冷却系を独立して制御することで各ゾーン毎における温度制御を行う方式を採用している。
【００３８】
次に、複数のシリンダブロック２を接続してなるシリンダ全体の温度制御について、本実施形態の押出機の温度調整装置の概略的な全体構成図である図４を用いて説明する。なお、図４においては、簡単のため、供給・輸送ゾーン、溶融・混練ゾーン、押出ゾーンがそれぞれ１つのシリンダブロックで構成されているものとして示している。
【００３９】
本実施形態の温度制御系は、熱媒供給装置１０および熱媒流量調整用バルブ１１を含む加熱系と、この加熱系と独立した冷媒供給装置１２および冷媒流量調整用バルブ１３を含む冷却系と、これらを制御する温度制御装置１４を有する。熱媒流量調整用バルブ１１および冷媒流量調整用バルブ１３は温度制御装置１４からのＯＮ―ＯＦＦ信号により開閉する電磁バルブ等であってもよい。
【００４０】
上述したように、シリンダブロック２は熱媒供給装置１０から供給される加圧蒸気の流量を調整することによって設定温度近傍に保たれる。なお、本実施形態においては、加圧蒸気の流量調整は各シリンダブロック２毎に独立して行うのではなく、シリンダ全体を構成する各シリンダブロック２の全てをまとめて調整している。
【００４１】
一方、冷却に関しては各シリンダブロック毎に独立して調整可能な構成としている。つまり、各ゾーン毎の温度制御については冷媒流量調整用バルブ１３が各シリンダブロック毎に対応して設けられており、各冷媒流量調整用バルブ１３を開閉することで各シリンダブロック毎で独立して冷却する構成となっている。
【００４２】
例えば、温度検出センサ（不図示）からの信号に基づいて温度制御装置１４が溶融・混練ゾーンにおける温度が設定温度より上昇していると判断した場合、温度制御装置１４は、溶融・混練ゾーンのシリンダブロック２に対応する冷媒流量調整用バルブ１３を開き、冷却水を冷媒供給装置１２から冷媒通路９へと供給する。これにより、溶融・混練ゾーンのシリンダブロック２の温度は迅速に所定の溶融樹脂温度近傍となるように冷却される。なお、温度応答特性をさらに高めるために冷却水としてチラー水を使用してもよい。
【００４３】
以上本実施形態によれば、以下の効果を得られる。
【００４４】
１．  電気プレートヒータを加熱ブロック４に取り替えるだけで熱媒加熱ヒータとすることが可能で防爆対応が容易である。
【００４５】
２．  熱媒通路５および冷媒通路９は直線形状であるため、加工および内部の清掃が容易である。
【００４６】
３．  熱媒に加圧水蒸気を用いることにより、粘度が高い樹脂を溶融混練する場合、あるいは高回転仕様やスクリュ径の大きい大容量の混練機、押出機等、熱エネルギーを多く必要とする場合においても加熱容量が確保できる。
【００４７】
４．  熱媒配管と冷却水配管とを共用せずに個別に独立させているので熱応答特性が良好で、所望の設定温度範囲内で樹脂を溶融・可塑化することができ、成形品の品質が安定する。
【００４８】
５．  冷却水配管９への冷却水の供給を各ゾーン毎で個別に制御できるので、各ゾーン毎での温度制御が可能であり、成形品の品質が安定する。
【００４９】
６．  樹脂温度の調整を冷媒流量調整用バルブ１３のＯＮ―ＯＦＦのみの簡単な制御で行うことができる。
【００５０】
７．  加熱ブロックは、シリンダブロックの外周面に取り付ける構成となっているため、二軸押出機のようにスクリュ収納部が２つの円弧が連通した断面形状であったとしても、この形状の影響を受けることなく、取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の押出機の温度調整装置が適用可能な二軸押出機の一例の概略図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ線における、シリンダブロックの横断面図である。
【図３】図１中Ｂ−Ｂ線における、シリンダブロックの縦断面図である。
【図４】本発明の押出機の温度調整装置の概略的な全体構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    二軸押出機
２    シリンダバレル
３    スクリュ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ    加熱ブロック
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ        熱媒通路
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ    集合配管
７ａ、７ｂ    外部接続配管
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ    加熱ブロック接続配管
９    冷媒通路
１０    熱媒供給装置
１１    熱媒流量調整用バルブ
１２    冷媒供給装置
１３    冷媒流量調整用バルブ
１４    温度制御装置
２０    スクリュ収納部
【図１】
2006181903.tif 000003
【図２】
2006181903.tif 000004
【図３】
2006181903.tif 000005
【図４】
2006181903.tif 000006